Fonte: Kerry M. Dooley e Michael G. Benton, Dipartimento di Ingegneria Chimica, Louisiana State University, Baton Rouge, LA

L'obiettivo di questo esperimento è determinare l'entità della cattiva distribuzione nei tipici reattori a letto imballato sia in monofase che in due fasi (gas-liquido) e valutare gli effetti di questa cattiva distribuzione sulla caduta di pressione. I concetti di distribuzione e dispersione del tempo di residenza sono introdotti attraverso l'uso di traccianti e questi concetti sono legati alla cattiva distribuzione fisica.

La canalizzazione in un flusso monofase può avvenire lungo le pareti o per flusso preferenziale attraverso una porzione più ampia della sezione trasversale del letto. La canalizzazione nel flusso bifase può derivare da cause ancora più complesse e semplici teorie del flusso bifase raramente predicono cadute di pressione nei letti imballati. Un obiettivo di progettazione è sempre quello di ridurre al minimo l'entità della canalizzazione trovando i diametri ottimali del letto e delle particelle per le portate di progetto e imballando un letto in modo da ridurre al minimo l'assestamento. È sempre importante quantificare quanta cattiva distribuzione potrebbe verificarsi e sovra-progettare l'unità per tenere conto del suo verificarsi.

L'apparecchio permeametro misura la caduta di pressione, ΔP e la concentrazione di tracciante (colorante) che esce da letti orizzontali imballati di vetro blindato per acqua, aria o flusso bifase (Figure 1 e 2). L'acqua entra attraverso una valvola di controllo e può essere instradata attraverso valvole manuali a uno qualsiasi dei cinque letti (48 "di lunghezza, 3" I.D.) con imballaggi di perle di vetro di diverse dimensioni scaricati (casuali). La caduta di pressione viene misurata utilizzando un trasmettitore di pressione. Il flusso d'acqua viene misurato da un trasmettitore di pressione differenziale (DP, orifizio) e il flusso d'aria da un misuratore di prova a secco (simile a un contatore del gas domestico). Il campione di colorante viene iniettato a monte da una valvola di campionamento automatizzata. La concentrazione di uscita del colorante da un letto viene misurata utilizzando uno spettrometro UV-Vis. Le distribuzioni del tempo di residenza sono calcolate dai test e confrontate con le previsioni delle teorie sulla dispersione nei letti imballati. Il flusso bifase sarà studiato nel letto 5, che contiene le particelle più grandi.

Figura 1: Schema di processo e strumentazione dell'apparecchio.

Figura 2. Rendering 3D dell'apparecchio. Il #1 letto è in alto, il letto #5 nella parte inferiore. La valvola di controllo dell'acqua si trova a sinistra (cofano rosso). Il trasmettitore DP si trova in alto al centro (blu).

1. Avviamento dell'apparecchio

L'apparato viene azionato principalmente attraverso l'interfaccia del sistema di controllo distribuito. Viene visualizzato uno schema P&ID di Perm e l'apertura/chiusura delle valvole automatizzate è punta e clicca.

1. Per stabilire il flusso d'acqua verso #4 letto o #5, aprire le valvole di ingresso e di uscita del letto in prova e del solenoide di alimentazione dell'acqua.
2. Utilizzare il regolatore di flusso per avviare l'acqua c

Ottenere gli RTD (curve E, usando le equazioni 1-2) dopo aver sottratto una linea di base appropriata (se necessario) dai segnali dello spettrometro. Un esempio di correzione della linea di base per bed #3 (non utilizzato qui) è nella Figura 3. Usando le equazioni 1-3, calcola la porosità media, la massa tracciante, il tempo medio di permanenza, la varianza e la varianza divisi per la media al quadrato dagli RTD. Confronta la massa tracciante calcolata con ..

In questo esperimento il comportamento reale del flusso dei letti impacchettati orizzontali, sia in flusso monofase che bifase, è stato contraptrapato ai più semplici modelli teorici per la caduta di pressione e la dispersione (flusso che si diffonde nella direzione assiale, deviando dal flusso del tappo). È stata dimostrata l'utilità dei test traccianti nel sondare la cattiva distribuzione ("canalizzazione") in tali letti, ed è stato persino dimostrato che alcune metriche calcolate dai test traccianti possono dare ...

1. Encyclopedia of Chemical Engineering Equipment." Distillation Columns. http://encyclopedia.che.engin.umich.edu/Pages/SeparationsChemical/DistillationColumns/DistillationColumns.html. Accessed 9/22/16.
2. Encyclopedia of Chemical Engineering Equipment." Absorbers. http://encyclopedia.che.engin.umich.edu/Pages/SeparationsChemical/Absorbers/Absorbers.html. Accessed 9/22/16.
3. Nevers, N., Fluid Mechanics for Chemical Engineers, 3^rd Ed., McGraw-Hill, 2004, Ch. 11. A derivation can be found in: M.M. Denn, "Process Fluid Mechanics", Prentice-Hall, 1980, Ch. 4.
4. Fogler, H.S., "Elements of Chemical Reaction Engineering", Prentice-Hall, 2006, Ch. 13.1-13.3 and 14.3-14.4 (dispersion models); Levenspiel, O., "Chemical Reaction Engineering", 3^rd Ed., John Wiley, 1999, Ch. 11 and 13 (dispersion models); Missen, R.W., Mims, C.A., and Saville, B.A., "Introduction to Chemical Reaction Engineering and Kinetics", John Wiley, 1999, Ch. 19 and 20.1.
5. Levy, S., "Two Phase Flow in Complex Systems", John Wiley, 1999, Ch. 3.